• Water Engineering Research
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• 제3권4호
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• pp.247-258
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• 2002

This paper presents a non-isotropic turbulence modeling of flows over bedforms. The Reynolds stress model is used for the turbulence closure. In the model, Launder, Reece, and Rodi's model and Hanjalic and Launder's model are employed f3r the pressure strain correlation term and the diffusion term, respectively. The mean flow and turbulence structures are simulated and compared with profiles measured in the experiments. The numerical solutions from two-equation turbulence models are also provided for comparisons. The Reynolds stress model yields the separation length of eddy similar to the other numerical results. Using the developed model, the resistance coefficients are also estimated for the flows at different Froude numbers. Karim's (1999) relationship is used to determine the bedform geometry. It is found that the values of the form drag and the skin friction are very similar to those obtained by the other turbulence models. meaning higher values of the form drag and lower values of the skin friction compared with the empirical formulas.

• 한국연소학회지
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• 제14권2호
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• pp.32-41
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• 2009

The transported probability density function model combined with the consistent finite volume (FV) method has been applied to simulate the turbulent bluff-body reacting flows. To realistically account for the non-isotropic turbulence effects on the turbulent bluff-body reacting flows, the present PDF transport approach is based on the joint velocity- turbulent frequency-composition PDF formulation. The evolution of the fluctuating velocity of a particle is modeled by a simplified Langevin equation and the particle turbulence frequency is represented by the modified Jayesh - Pope model. Effects of molecular diffusion are represented by the interaction by exchange with the mean (IEM) mixing model. To validate this hybrid FV/PDF transport model, the numerical results are compared with experimental data for the turbulent bluff-body reacting flows.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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• pp.819-822
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• 2002

It is necessary for the numerical simulation of 3-dimensional incompressible isotropic decaying turbulence to construct 3-dimensional initial velocity field which resembles the fully developed turbulence. Although the previous velocity field generation method proposed by Rogallo(1981) satisfies continuity equation and 3-dimensional energy spectrum, it has limitation, as indicated in his paper, that it does not produce the higher velocity moments(e. g. velocity derivative skewness) characteristic of real turbulence. In this study, a new velocity field generation method which is able to control velocity derivative skewness of initial velocity field is proposed. Brief descriptions of the new method and a few parameters which is used to control velocity derivative skewness are given. A large eddy simulation(LES) of isotropic decaying turbulence using dynamic subgrid-scale model is carried out to evaluate the performance of the initial velocity field generated by the new method. It was shown that the resolved turbulent kinetic energy decay curve and the resolved enstrophy decay curve from the initial field of new method were more realistic than those from the initial field of Rogallo's method. It was found that the dynamic model coefficient from the former was initially half the stationary value and experienced relatively short transition period, though that from the latter was initially zero and experienced relatively longer transition period.

• Wind and Structures
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• 제4권3호
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• pp.177-196
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• 2001

At present the most popular turbulence models used for engineering solutions to flow problems are the $k-{\varepsilon}$ and Reynolds stress models. The shortcoming of these models based on the isotropic eddy viscosity concept and Reynolds averaging in flow fields of the type found in the field of Wind Engineering are well documented. In view of these shortcomings this paper presents the implementation of a non-linear model and its evaluation for flow around a building. Tests were undertaken using the classical bluff body shape, a surface mounted cube, with orientations both normal and skewed at $45^{\circ}$ to the incident wind. Full-scale investigations have been undertaken at the Silsoe Research Institute with a 6 m surface mounted cube and a fetch of roughness height equal to 0.01 m. All tests were originally undertaken for a number of turbulence models including the standard, RNG and MMK $k-{\varepsilon}$ models and the differential stress model. The sensitivity of the CFD results to a number of solver parameters was tested. The accuracy of the turbulence model used was deduced by comparison to the full-scale predicted roof and wake recirculation zone lengths. Mean values of the predicted pressure coefficients were used to further validate the turbulence models. Preliminary comparisons have also been made with available published experimental and large eddy simulation data. Initial investigations suggested that a suitable turbulence model should be able to model the anisotropy of turbulent flow such as the Reynolds stress model whilst maintaining the ease of use and computational stability of the two equations models. Therefore development work concentrated on non-linear quadratic and cubic expansions of the Boussinesq eddy viscosity assumption. Comparisons of these with models based on an isotropic assumption are presented along with comparisons with measured data.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.833-840
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• 2014

본 연구에서는 OpenFOAM에서 제공하는 소스 코드를 이용하여 폭-수심비가 2인 직사각형 개수로 흐름에 대해 수치모의를 수행하였다. 여과된 연속 방정식과 운동량 방정식을 해석하기 위하여 큰 와 수치모의를 이용하였고, 비등방성 잔여 응력항을 산정하기 위하여 Smagorinsky 모형(1963)을 사용하였다. LES 모형을 Tominaga et al. (1989)의 폭-수심비가 2인 실험수로에 적용하고 평균흐름 및 난류량을 비교하였다. 추가로 Nezu and Rodi (1985)의 실험 결과와 Shi et al. (1999)의 LES 모의 결과와 함께 비교를 수행하였다. 비교 결과 평균흐름 및 난류량 모두 기존 실험 및 모의 결과를 잘 재현하는 것으로 확인되었다. 특히 이차흐름 분포도에서 측벽과 자유수면의 접합부에서 발생하는 내부이차흐름이 발생하는 것을 확인하였다. 또한 수심방향 난류강도의 경우 측벽과 바닥벽에서 난류강도의 등치선도가 측벽과 바닥벽의 접합부 방향으로 편향되는 현상을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.349-360
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• 2012

본 연구에서는 3차원 점성 흐름에 적용될 수 있는 비정수압 자유수면 모형을 수평방향 직교 곡선좌표계에서 개발하였다. 개발된 수치모형은 엇갈린 격자를 사용함으로써 발생되는 자유수면에서의 경계조건 종결 문제를 수면층 방정식을 도입하여 해결하였으며, 난류의 유동 해석을 위한 폐합식으로 등방성의 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 이용하였다. 본 연구에서 운동량방정식은 이송-확산항만으로 중간단계의 유속을 예측하고, 압력 및 중력을 포함하는 생성항과 연속방정식을 결합하여 다음 시간단계의 유동장을 결정하는 계산 단계 분리법을 이용하였다. 수치모형의 적용성 평가를 위하여 폐쇄된 2차원 수조에서의 취송류, 급경사를 가지는 2차원 수로에서의 흐름, 원심력에 의한 이차류 흐름특성 분석을 위한 3차원 급변 만곡류에 대한 모의를 실시하였다. 수치모의 예측치는 수리모형 실험값과 수위, 유속, 난류특성 등에서 일치하는 양상을 보이는 것이 확인되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권7호
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• pp.984-994
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• 2003

The suitability of high-order accurate, centered and upwind-biased compact difference schemes for large eddy simulation is evaluated by a spectral, static error analysis. To investigate the effect of numerical dissipation on LES solutions, power spectra of discretization errors are evaluated for isotropic turbulence models in both continuous and discrete wavevector spaces. Contrary to the common belief, the aliasing errors from upwind-biased schemes are larger than those from comparable non-dissipative schemes. However, this result is the direct consequence of the definition of the power spectral density of the aliasing error, which poses the limitation of the static error analysis for upwind schemes.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권7호
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• pp.995-1006
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• 2003

The suitability of high-order accurate, centered and upwind-biased compact difference schemes for large eddy simulation is evaluated by a dynamic analysis. Large eddy simulation of isotropic turbulence is performed with various dissipative and non-dissipative schemes to investigate the effect of numerical dissipation on the resolved solutions. It is shown by the present dynamic analysis that upwind schemes reduce the aliasing error and increase the finite differencing error. The existence of optimal upwind scheme that minimizes total numerical error is verified. It is also shown that the finite differencing error from numerical dissipation is the leading source of numerical errors by upwind schemes. Simulations of a turbulent channel flow are conducted to show the existence of the optimal upwind scheme.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권7호
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• pp.2386-2396
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• 1996

본 연구에서 수행한 큰 지름비를 가지는 동축제트 확산화염 연소기내의 등온 및 연소 유동장에 대한 수치해석 결고를 요약하면 다음과 같다. 1) 큰 지름비를 가지는 동축제트 확산화염 연소기내의 등온 유동을 수치해석한 경우 k-.epsilon. 난유모델은 큰지름비를 갖는 기하학적 특성 때문에 C $O_{2}$와 공기의 유량비에 따라 나타나는 세가지 유동구조를 정성적으로 잘 예측하였다. 2) 공기의 유량이 고정되고 C $O_{2}$의 유량이 증가하는 등은 유동의 경우, 후방정체점은 실험치보다 훨씬 과도하게 예측되고 있으나, C $O_{2}$의 유량증가와는 거의 무관하게 나타나는 실험결과를 그대로 반영하였다. 그리고 C $O_{2}$으 유량증가에 거의 선형적으로 비례하는 전방정체점의 위치와 급격히 감소하는 재순환유동영역으로 갈수록 정량적인 불일치가 커지게 됨을 볼 수 있으며 이는 연료제트의 속도척도가 상대적으로 커지면서 연료제트가 공기의 재순환유동을 간헐적으로 뚫고 나가며 나타나는 용접유동구조에 의한 비정상성 때문으로 사료된다. 3) C $O_{2}$의 유량이 고정되고 공기의 유량이 증가하는 등온유동의 경우, 전방정체점의 변화에 대한 실험과 수치해석 결과와 정량적인 일치를 보이고 있으나 후방정체점은 실험치에 비해 과대예측되었다. 공기의 평균유입속도가 증가함에 따라 전방정체점의 위치가 입구쪽으로 옮겨가는 경향을 나타내고 있으며 공기의 유량이 증가함에 따라 공기에 이한 재순환영역의 강도와 공기의 최대역류속도가 커지므로 상대적으로 C $O_{2}$ 제트가 재순환 유동장을 관통할 수 있는 거리가 즐어드는 현상을 잘 예측하였다. 4) k-.epsilon. 난류모델과 수정된 eddy-breakup 연소모델을 사용하여 bulff-body 연소기내의 연소유동을 수소에 의한 열팽창효과를 포함시킨 경우 유동장과 온도장이 약간 더 하류족으로 팽창되는 영향이 나타났으며 본 연구의 수치결과만을 놓고 볼 때 열팽창효과와 Arrhenius 화학반응률을 고려한 경우가 실험치에 다소 근접한 결과를 나타내었다. 5) 수치결과와 실험의 불일치는 등방성 가정에 근거를 두는 k-.epsilon.난류모델이 갖는 한계, 중간생성물을 무시한 일단계 비가역반응모델을 사용한 난류 연소모델의 한계, 밀도변화를 가지는 유동장에서 일정한 Schmisr 수 가정의 적용한계, 그리고 불확실한 입구경계조건에 기인한다. bluff-body 연소기내의 난류연소유동장에 대한 예측능력을 향상시키기 위해서 추후 연구에서는 더욱 발전된 물리모델인 ASM 난류모델과 RSM 난류모델 그리고 joint PDF 연소모델과 coherent flamelet 모델등을 이용한 수치모델의 개발을 체계적으로 수행할 예정이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권3B호
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• pp.247-257
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• 2009

본 연구에서는 흐름방향으로 식생 영역이 교차적으로 식재된 교행식생 수로에서의 3차원 수치모의를 수행하였다. 지배방정식에서의 난류 폐합을 위해 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모형을 적용하였으며, 수치모형은 Olsen(2004)이 개발한 3차원 모형을 이용하였다. 먼저, 3차원 수치모형을 이용하여 하상의 일부가 식재된 부분 식생 수로를 수치모의 하고, 계산된 적분유속 및 레이놀즈응력을 기존의 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 본 모형이 식생 수로에서의 평균 유속 분포를 매우 잘 예측하는 것으로 나타났다. 그러나 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모형이 등방성 모형이므로 식생과 비식생 영역의 경계면 부근에서 발생되는 운동량 교환 효과를 정확히 예측할 수 없는 것으로 나타났다. 한편, 주흐름방향으로 식생 영역이 교차적으로 존재하는 교행식생 수로를 수치모의 하고, 계산된 유속 분포를 기존의 실험 결과와 비교한 결과, 계산 유속과 실험 결과가 매우 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 다양한 밀도에 따른 유속 벡터도를 계산한 결과, 식생밀도가 증가함에 따라 식생이 흐름 방향을 변화 시켜 점차 만곡수로와 유사한 형태의 유속 벡터도를 갖는 것으로 나타났으며, 식생 밀도 ${\alpha}$가 9.97%인 경우에는 식생 반대 측벽 영역에서 재순환 흐름이 형성되는 것으로 나타났다. 한편, 식생 밀도에 따른 단면 유속 분포도 및 편수위 변화를 살펴보았다.